Ủ thép như một loại nhiệt luyện. Công nghệ kim loại

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-02 14:05

Tạo ra vật liệu mới và kiểm soát đặc tính của chúng là nghệ thuật của công nghệ kim loại. Một trong những công cụ của nó là xử lý nhiệt. Các quá trình này có thể thay đổi các đặc tính và theo đó là các lĩnh vực sử dụng của hợp kim. Ủ thép là một lựa chọn được sử dụng rộng rãi để loại bỏ các lỗi sản xuất trong sản phẩm, tăng độ bền và độ tin cậy của chúng.

Quy trình nhiệm vụ và các giống của nó

Các hoạt động ủ được thực hiện với mục đích:

• tối ưu hóa cấu trúc nội tinh thể, thứ tự của các nguyên tố hợp kim;
• giảm thiểu sự biến dạng bên trong và ứng suất do biến động nhiệt độ quá trình nhanh chóng;
• tăng độ mềm dẻo của các đối tượng để cắt tiếp theo.

Hoạt động cổ điển được gọi là "ủ toàn bộ", tuy nhiên, có một số giống của nó, tùy thuộc vào các thuộc tính được chỉ định và đặc điểm của nhiệm vụ: không đầy đủ, thấp, khuếch tán (đồng nhất),đẳng nhiệt, kết tinh lại, thường hóa. Tất cả chúng đều giống nhau về nguyên tắc, tuy nhiên, các phương thức xử lý nhiệt thép có sự khác biệt đáng kể.

Xử lý nhiệt dựa trên biểu đồ

Tất cả các biến đổi trong luyện kim màu, dựa trên trò chơi của nhiệt độ, rõ ràng tương ứng với sơ đồ của hợp kim sắt-cacbon. Đây là công cụ hỗ trợ trực quan để xác định cấu trúc vi mô của thép cacbon hoặc gang, cũng như các điểm biến đổi của cấu trúc và các tính năng của chúng dưới tác động của quá trình làm nóng hoặc làm mát.

Công nghệ kim loại quy định tất cả các loại ủ thép carbon với lịch trình này. Đối với kết tinh không hoàn toàn, thấp và cũng như cho quá trình kết tinh lại, các giá trị nhiệt độ “bắt đầu” là đường PSK, cụ thể là điểm tới hạn của nó Ac₁. Quá trình ủ và chuẩn hóa hoàn toàn thép được định hướng nhiệt theo đường biểu đồ GSE, các điểm tới hạn của nó là Ac₃và Ac_{m. Sơ đồ cũng thiết lập rõ ràng mối liên hệ của một phương pháp xử lý nhiệt nhất định với loại vật liệu về hàm lượng cacbon và khả năng tương ứng của việc thực hiện nó đối với một hợp kim cụ thể.}

Ủ hoàn toàn

Vật thể: vật đúc và rèn từ hợp kim hypoeutectoid, trong khi thành phần thép phải lấp đầy carbon với lượng lên đến 0,8%.

Mục tiêu:

• thay đổi tối đa cấu trúc vi mô thu được bằng cách đúc và áp suất nóng, đưa thành phần ferit-ngọc trai thô không đồng nhất thành một hạt mịn đồng nhất;
• giảm độ cứng và tăng độ dẻo để chế biến thêmcắt.

Công nghệ. Nhiệt độ ủ của thép cao hơn 30-50˚С so với điểm tới hạn Ac_{3. Khi kim loại đạt đến các đặc tính nhiệt xác định, chúng được duy trì ở mức này trong một thời gian, điều này cho phép hoàn thành tất cả các biến đổi cần thiết. Các hạt lêlitic và ferit lớn hoàn toàn biến đổi thành Austenit. Giai đoạn tiếp theo là làm nguội chậm cùng với lò nung, trong đó ferit và ngọc trai lại được tách ra khỏi austenit, loại có hạt mịn và cấu trúc đồng nhất.}

Việc ủ hoàn toàn thép cho phép loại bỏ các khuyết tật bên trong khó nhất, tuy nhiên, quá trình này rất lâu và tốn nhiều năng lượng.

Ủ chưa hoàn chỉnh

Đối tượng: thép hypecectoid không có tính đồng nhất bên trong nghiêm trọng.

Mục đích: Xay và làm mềm hạt ngọc trai, mà không làm thay đổi lớp nền sắt.

Công nghệ. Đốt nóng kim loại đến nhiệt độ giảm trong khoảng giữa các điểm tới hạn Ac₁và Ac_{3. Phơi trắng trong lò có đặc tính ổn định góp phần vào việc hoàn thành các quá trình cần thiết. Việc làm nguội được thực hiện từ từ, cùng với lò nướng. Ở đầu ra, thu được cấu trúc hạt mịn ngọc trai-ferit giống nhau. Với hiệu ứng nhiệt như vậy, ngọc trai biến thành hạt mịn, trong khi ferit vẫn ở dạng tinh thể không thay đổi và chỉ có thể thay đổi cấu trúc, cũng có thể nghiền.}

Việc ủ thép không hoàn toàn cho phép bạn cân bằng trạng thái bên trong và đặc tính của các vật thể đơn giản, nó ít tốn năng lượng hơn.

ủ thấp(kết tinh lại)

Đối tượng: tất cả các loại thép cacbon cuộn, thép hợp kim có hàm lượng cacbon trong khoảng 0,65% (ví dụ: ổ bi), các bộ phận và khoảng trống làm bằng kim loại màu không chứa các khuyết tật bên trong nghiêm trọng, nhưng cần hiệu chỉnh năng lượng thấp.

Mục tiêu:

• loại bỏ ứng suất bên trong và sự cứng lại do ảnh hưởng của cả biến dạng nóng và lạnh;
• loại bỏ các tác động tiêu cực của việc làm nguội không đồng đều các kết cấu hàn, tăng độ dẻo và độ bền của các đường nối;
• làm cho cấu trúc vi mô của các sản phẩm luyện kim màu đồng nhất;
• hình cầu hóa của ngọc trai lamellar - tạo cho nó hình dạng hạt.

Công nghệ.

Các bộ phận được làm nóng 50-100˚C dưới điểm tới hạn Ac_{1. Dưới tác động của những ảnh hưởng đó, những thay đổi nhỏ bên trong bị loại bỏ. Toàn bộ quy trình công nghệ mất khoảng 1-1,5 giờ. Khoảng nhiệt độ gần đúng cho một số vật liệu:}

1. Thép cacbon và hợp kim đồng - 600-700˚C.
2. Hợp kim niken - 800-1200˚C.
3. Hợp kim nhôm - 300-450˚C.

Làm mát được thực hiện trong không khí. Đối với thép mactenxit và thép bainitic, công nghệ kim loại cung cấp một tên gọi khác cho quá trình này - tôi luyện cao. Đây là một cách đơn giản và hợp túi tiền để cải thiện các đặc tính của các bộ phận và cấu trúc.

Đồng hóa (ủ khuếch tán)

Đối tượng: các sản phẩm đúc lớn, đặc biệt là vật đúcthép hợp kim.

Mục đích: phân bố đồng đều các nguyên tử của các nguyên tố hợp kim trên mạng tinh thể và toàn bộ thể tích của thỏi do sự khuếch tán ở nhiệt độ cao; làm mềm cấu trúc của phôi, giảm độ cứng của nó trước khi thực hiện các hoạt động công nghệ tiếp theo.

Công nghệ. Vật liệu được nung ở nhiệt độ cao 1000-1200˚С. Đặc tính nhiệt ổn định phải được duy trì trong thời gian dài - khoảng 10-15 giờ, tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của kết cấu vật đúc. Sau khi hoàn thành tất cả các giai đoạn của quá trình biến đổi nhiệt độ cao, quá trình làm mát chậm sẽ xảy ra sau.

Một quy trình tốn nhiều công sức nhưng hiệu quả cao để san bằng cấu trúc vi mô của các công trình lớn.

ủ đẳng nhiệt

Đối tượng: thép tấm carbon, hợp kim và các sản phẩm hợp kim cao.

Mục tiêu: Cải thiện cấu trúc vi mô, loại bỏ các khuyết tật bên trong với thời gian ngắn hơn.

Công nghệ. Ban đầu, kim loại được nung nóng đến nhiệt độ ủ hoàn toàn và thời gian cần thiết để chuyển tất cả các cấu trúc hiện có thành Austenit được duy trì. Sau đó làm nguội từ từ bằng cách ngâm vào muối nóng. Khi đạt đến nhiệt ở 50-100˚C dưới điểm Ac_{1, nó được đặt trong lò để duy trì ở mức này trong thời gian cần thiết để Austenit chuyển hóa hoàn toàn thành trân châu và xi măng. Quá trình làm mát cuối cùng diễn ra trong không khí.}

Phương pháp này cho phép bạn đạt được các đặc tính cần thiết của phôi thép hợp kim, đồng thời tiết kiệm thời gian so với phương pháp đầy đủủ.

Bình thường hóa

Đối tượng: đúc, rèn và các bộ phận làm bằng thép cacbon thấp, cacbon trung bình và hợp kim thấp.

Mục đích: hợp lý hóa trạng thái bên trong, tạo độ cứng và độ bền mong muốn, cải thiện trạng thái bên trong trước các giai đoạn xử lý nhiệt và cắt tiếp theo.

Công nghệ. Thép được nung đến nhiệt độ cao hơn một chút so với vạch GSE và các điểm tới hạn của nó, được giữ và làm nguội trong không khí. Do đó, tốc độ hoàn thành các quy trình tăng lên. Tuy nhiên, sử dụng quy trình này, chỉ có thể đạt được cấu trúc tĩnh hợp lý khi thành phần của thép được xác định bằng cacbon với lượng không quá 0,4%. Với sự gia tăng lượng carbon, sự gia tăng độ cứng diễn ra. Cùng một loại thép sau khi thường hóa có độ cứng lớn hơn cùng với các hạt mịn đều nhau. Kỹ thuật này cho phép tăng đáng kể khả năng chống phá hủy của hợp kim và độ dẻo khi cắt.

Các khuyết tật có thể xảy ra khi ủ

Trong quá trình thực hiện các hoạt động xử lý nhiệt, cần tuân thủ các chế độ làm nóng và làm mát nhiệt độ đã chỉ định. Trong trường hợp vi phạm các yêu cầu, các lỗi khác nhau có thể xảy ra.

1. Sự oxy hóa của lớp bề mặt và sự hình thành của cặn. Trong quá trình hoạt động, kim loại nóng phản ứng với oxy trong khí quyển, dẫn đến sự hình thành cáu cặn trên bề mặt của phôi. Được làm sạch bằng máy móc hoặc bằnghóa chất đặc biệt.
2. Đốt cacbon. Nó cũng xảy ra do ảnh hưởng của oxy với kim loại nóng. Lượng cacbon trong lớp bề mặt giảm dẫn đến giảm tính chất cơ học và công nghệ của nó. Để ngăn chặn các quá trình này, việc ủ thép phải được tiến hành song song với việc đưa khí bảo vệ vào lò, nhiệm vụ chính là ngăn cản sự tương tác của hợp kim với oxy.
3. Quá nhiệt. Đó là hậu quả của việc tiếp xúc lâu trong lò ở nhiệt độ cao. Nó dẫn đến sự phát triển quá mức của hạt, tạo ra cấu trúc hạt thô không đồng nhất và tăng độ giòn. Để được sửa lại bằng một bước ủ đầy đủ khác.
4. Cháy hết. Xảy ra do quá trình gia nhiệt và tiếp xúc vượt quá giá trị cho phép, dẫn đến phá hủy liên kết giữa một số hạt, làm hỏng hoàn toàn toàn bộ cấu trúc của kim loại và không thể điều chỉnh.

Để ngăn ngừa hỏng hóc, điều quan trọng là phải thực hiện các công việc xử lý nhiệt một cách chính xác, có kỹ năng chuyên nghiệp và kiểm soát chặt chẽ quy trình.

Ủ thép là một công nghệ hiệu quả cao để đưa cấu trúc vi mô của bất kỳ bộ phận phức tạp và thành phần nào đến cấu trúc và điều kiện bên trong tối ưu, cần thiết cho các giai đoạn ảnh hưởng nhiệt tiếp theo, cắt và đưa cấu trúc vào hoạt động.